JP2005152366A - 特殊光観察システム - Google Patents

Abstract

【課題】 蛍光観察時に、蛍光部分とバックグランド部分とが適正な色や明るさで観察する。
【解決手段】 特殊光観察システムは、蛍光物質を励起する所定波長のピーク波形の励起光及び所定波長のピーク波形の励起光の長波長側に位置する波長の複数のピーク波形のバックグランド光を透過する透過特性と、蛍光物質が発する蛍光波長のピーク値から短波長側で所定の波長値以下に第１のカットオフ値とを有し、第１のカットオフ値以上の波長の光をカットオフする特殊光透過フィルタ１３を備えた光源装置１と、所定波長のピーク波形の励起光より長波長側に所定の波長値以上に設定された第２のカットオフ値を有したカットオフフィルタ３６を備えたスコープ３とを具備したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、蛍光物質を投与して化学変化を起こさせ前記被検査対象物に励起光を照射して蛍光観察を可能とし、かつ、当該蛍光観察時に蛍光部とバックグランブ部とが適正な明るさと色で観察可能にしてなるようにした特殊光観察システムに関する。

この種の特殊光観察システムは、蛍光物質を被検査対象物に投与し前記被検査対象物に励起光を照射して蛍光観察を可能とた装置として知られている。この種の特殊光観察システムの一つとして光ダイナミック診断装置が提案されている。

この光ダイナミック診断装置は、３８０〔ｎｍ〕から６８０〔ｎｍ〕の波長域の光を発光するランプ系を有する少なくとも一つの光源と、前記光源からの光を被検査対象物に導く光ガイド及び前記被検査対象物からの反射光を取込み画像用光ガイドを有するスコープと、前記スコープからの画像を画像処理する画像処理手段とを備えている。また、この光ダイナミック診断装置は、前記スコープの光ガイドのスペクトル透過率を被検査対象物に照射する蛍光励起光のスペクトルに合わせ、前記画像用光ガイドのスペクトル透過率を被検査対象物が発する蛍光のスペクトルに合わせ、かつ、光ガイド及び画像用光ガイドのスペクトル透過率を全体の５０ｎｍの帯域内で５％以上の透過率を有し、これ以外では前記値より小さいスペクトル透過率を有するようにしたものである（特許文献１：ドイツ公開特許第１９６３９６５３Ａ１号公報）。

このような光ダイナミック診断装置によれば、被検査対象物を蛍光観察ができる。
ドイツ公開特許第１９６３９６５３Ａ１号公報

しかしながら、上述した従来の光ダイナミック診断装置では、被検査対象物に蛍光励起光を与えることができるとともに、被検査対象物が発する蛍光を光ガイドが有効に取り込ことができるものの、蛍光による画像とバックグランド光による画像の色や明るさの調整ができないという不都合があった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、蛍光観察時に、蛍光部分とバックグランド部分とが適正な色や明るさで観察することのできる特殊光観察システムできるを提供することを目的としている。

本発明の特殊光観察システムは、蛍光物質を投与して化学変化を起こさせかつ被検査対象物に励起光を照射して蛍光観察を可能とした特殊光観察システムにおいて、前記蛍光物質を励起する所定波長のピーク波形の励起光及び前記所定波長のピーク波形の励起光の長波長側に位置する波長の複数のピーク波形のバックグランド光を透過する透過特性と、前記蛍光物質が発する蛍光波長のピーク値から短波長側で所定の波長値以下に第１のカットオフ値とを有し、該第１のカットオフ値以上の波長の光をカットオフする特殊フィルタを備えた光源装置と、前記所定波長のピーク波形の励起光より長波長側に所定の波長値以上に設定された第２のカットオフ値を有し、該第２のカットオフ値以下の波長の光をカットオフする第２のカットオフフィルタを備えたスコープとを具備して構成される。

本発明によれば、蛍光観察時に、蛍光部分とバックグランド部分とが適正な色や明るさで観察することができるという効果がある。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について述べる。

図１ないし図３は本発明の実施例１に係わり、図１は特殊光観察システムを示すブロック図、図２は図１の特殊光観察システムで用いられるスコープの先端部を患部とともに示す図で、図３は図１の特殊光観察システムで用いられる光源装置に設けられた特殊光透過フィルタを透過した光や蛍光の特性とカットオフフィルタの特性を示す図である。

図１及び図２において、本実施例の特殊光観察システムは、大別すると、光源装置１と、スコープ３と、画像処理装置５と、モニタ７とを備え、前記光源装置１から出射する光をライトガイドケーブル３１で前記スコープ３に導いて被検査対象物に照射し、被検査対象物からの反射波をスコープ３で撮像した撮像信号を複合ケーブル３２で前記画像処理装置５に導き、当該画像処理装置５で映像信号に変換してモニタ６で表示できるようにしたものである。

さらに、各構成要素について説明すると、前記光源装置１は、光源であるキセノンランプ１１と、回転板１２に設けられた特殊光透過フィルタ１３と、集光レンズ１４と、前記回転板１２を回転させる回転板駆動手段１５と、前記回転板駆動手段１５を制御する回転板コントロールユニット１６と、前記回転板１２に設けられた可視光透過フィルタ１７とを少なくとも備えている。

前記光源装置１には、前記ライトガイドケーブル３１の一端に設けられたライトガイドコネクタ３３が着脱可能になっている。前記キセノンランプ１１から出射して光は、例えば特殊光透過フィルタ１３を透過して集光レンズ１４で集光された後、前記ライトガイドコネクタ３３を介してライトガイドケーブル３１に供給できるようになっている。

前記特殊光透過フィルタ１３は、図３に示すように、短波長側から長波長側に渡って３つの中心周波数λａ，λｂ，λｃ（λａ＜λｂ＜λｃ）を持ち、各中心周波数λａ，λｂ，λｃを中心に長短波長に所定の帯域の透過率をもった特性を有していて、かつ、３つの中心周波数λａ，λｂ，λｃで透過した光の強さがピーク値をとるような透過率に設定されている。

また、前記特殊光透過フィルタ１３は、中心周波数λａが例えば４１０〔ｎｍ〕で蛍光物質を励起する波長域の励起光を所定のピーク値で照射可能とする透過率を有している。また、前記特殊光透過フィルタ１３は、前記ピーク値以外の波長域（λｄ＜λ）では前記ピーク値と同じか、それより所定のレベル低い値となるような透過特性に設定されている。さらに、前記特殊光透過フィルタ１３は、前記中心周波数λｃの波長域の低カットオフ値λｆを前記蛍光物質が発する蛍光波長λｋ（＝例えば６３０〔ｎｍ〕）のピーク値から短波長側に所定の波長値以下に設定されてなる。

具体的には、前記特殊光透過フィルタ１３は、前記中心周波数λｃの波長域の低カットオフ値λｆを、前記蛍光物質が発する例えばλｋ＝６３０〔ｎｍ〕の蛍光波長のピーク値から短波長側に例えば２０〔ｎｍ〕以下の波長値（λｆ≦６３０〔ｎｍ〕−２０〔ｎｍ〕）に設定されている。

前記スコープ３は、図２に示すように、ライトガイド３４と、レンズ３５と、カットオフフィルター３６と、撮像素子としてのＣＣＤ３７とを備え、前記ライトガイド３４を介して伝送されてきた光をライトガイド３４の先端から被検査対象物２０に光を照射し、前記被検査対象物２０からの反射光をレンズ３５、カットオフフィルター３６を介してＣＣＤ３７に結像させられるようになっている。このＣＣＤ３７は撮像信号を複合ケーブル３２を介して画像処理装置５に入力できるようになっている。

前記スコープ３にはカットオフフィルタ３６が設けられており、このカットオフフィルタ３６は、図３に示すように、そのカットオフ値λｐを前記励起光のピーク値（例えば、波長４２０〔ｎｍ〕）の波長位置から長波長側に２０〔ｎｍ〕以上になるように設定されており（λｐ≧４２０〔ｎｍ〕＋２０〔ｎｍ〕）、しかも、励起光を透過させずに、かつ、そのカットオフ値λｐ以上の波長域の光を透過できるような透過率に設定されている（図３の特性ＣＦ参照）。

前記画像処理装置５は、前記スコープ３のＣＣＤ３７からの撮像信号を複合ケーブル３２を介して取込み、当該取り込んだ撮像信号を画像処理して映像信号に変換し、その映像信号をモニタ７に供給できるように構成されている。なお、前記画像処理装置５は、光源装置１の回転板コントロールユニット１６に電気的に接続されており、必要に応じて切換え指令を前記画像処理装置５を介して回転板コントロールユニット１６に与えることにより、回転板１２を回転制御して特殊光透過フィルタ１３または可視光透過フィルタ１７を選択できるようになっている。

前記モニタ７では、前記画像処理装置５からの映像信号を画像としてディスプレイ上に表示できるようになっている。

このように構成された特殊光観察システムの動作について図１ないし図３を参照しながら説明する。

例えば、膀胱癌の癌組織を検査し、治療する場合には、５−ＡＬＡ（５−Ａｍｉｎｏｌｅｖｕｌｉｎｉｃ ａｃｉｄ）を投与することにより、ＰｒｏｔｏｐｏｒｐｈｙｒｉｎＩＸに化学変化を起こさせる。

このような状態になったところで、前記光源装置１では、キセノンランプ１１からの光を特殊光透過フィルター１３を通した後、集光レンズ１４でライトガイドコネクタ３３に集光し、ライトガイドケーブル３１を介してスコープ３のライトガイド３４に光を導き、スコープ３のライトガイド３４の先端部分から前記被検査対象物２０に照射する。

このときに、スコープ３のライトガイド３４の先端から被検査対象物２０に照射される光は、図３に示すようにλａ＝４１０〔ｎｍ〕でピークを持つ中心周波数λａを中心として所定波長幅（所定周波数幅）の成分を有する励起光と、図３に示すように中心周波数λｂ，λｃでピークを持ち当該中心周波数λｂ，λｃを中心として所定波長幅（所定周波数幅）の成分を有するバックグランド光を含んでいる。

図３に示すように、例えば４１０〔ｎｍ〕でピークを持つ所定周波数幅の励起光が前記被検査対象物２０に照射されると、前記被検査対象物２０の部分は例えば６３０〔ｎｍ〕で蛍光発光する。

また、前記被検査対象物２０には、前記スコープ３のライトガイド３４の先端から図３に示すように中心周波数λｂ，λｃでピークを持ち当該中心周波数λｂ，λｃを中心として所定波長幅（所定周波数幅）の成分を有するバックグランド光が照射されている。

前記被検査対象物２０からの反射光と蛍光は、前記スコープ３の先端のレンズ３５、カットオフフィルタ３６を介してＣＣＤ３７に入射される。

前記カットオフフィルタ３６は、カットオフ周波数（波長λｐ）が前記励起光の中心波長（λａ＝４１０〔ｎｍ〕）から２０〔ｎｍ〕以上に設定されており、かつ、カットオフ周波数（波長λｐ）より長い波長域の光を取り込めるよにうな特性となっているので、バックグランド光と、被検査対象物２０からの蛍光とを充分に透過できるものの、前記被検査対象物２０からの励起光の反射成分を透過させることはない。

また、前記被検査対象物２０を照射しているバックグランド光のピーク値は、前記被検査対象物２０からの蛍光のピーク値より大きくしてあるが、バックグランド光を取り込む光の周波数帯域（波長域）を小さくしているので、相対的にバックグランド光のエネルギと、蛍光のエネルギとの近づくようにしているので、両者をほぼ同じようなレベルでＣＣＤ３７に取り込むことが可能になる。

したがって、このような蛍光観察時に、蛍光部分とバックグランド部分とが適正な色や明るさでもって観察できることが可能になる。また、前記特殊光透過フィルタ１３は、励起光の透過レベルと、バックグランド光の透過レベルと、蛍光の発光レベルとを考慮し、必要に応じて各波長域の透過レベル設定することにより、バックグランド光の色や明るさを調整することが容易になる。

なお、前記回転板１２には可視光透過フィルタ１７が設けられており、この可視光透過フィルター１７は通常光を観察するための可視光を通すことができるようになっている。

また、スイッチなどにより、蛍光観察か可視光観察かを選択可能にし、この情報を回転板コントロールユニット１６に入力することにより、特殊光透過フィルタ１３または可視光透過フィルタ１７に切り換えられるように構成されている。そして、この切換えにより、特殊光透過フィルタ１３または可視光透過フィルタ１７を使用し、蛍光観察の他に可視光観察も可能にされている。

図４及び図５は本発明の実施例２に係わり、図４は特殊光観察システムを説明するためのものであって、ヘモグロビン及び酸化ヘモグロビンの分子吸光係数と波長との関係を示す特性図、図５は特殊光観察システムで観察した患部部分の画像を示す図である。

実施例２は、実施例１とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

本実施例の特殊光観察システムでは、光源装置１の特殊光透過フィルタ１３の透過特性に特徴を持たせたものであって、他の構成用途は図１の特殊光観察システムと全く同一である。したがって、前記特殊光透過フィルタ１３の特性の説明のみをすることにし、本実施例の特殊光観察システムの構成や動作については説明を省略する。

本実施例の特殊光観察システムは、光源装置１の特殊光透過フィルタ１３に関して、前記励起光の中心波長λａを実施例１と同様にするとともに、前記バックグランド光の中心波長λｂ，λｃを酸化ヘモグロビンの吸収波長あるいはヘモグロビンの吸収波長に合わせた点に特徴を持たせたものである。

すなわち、前記光源装置１ａの特殊光透過フィルタ１３ａは、前記励起光の中心波長λａを例えば５−ＡＬＡのピーク波長の４１０〔ｎｍ〕に設定し、かつ、前記バックグランド光の中心波長λｂを酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）の吸収波長５２０〔ｎｍ〕（図４参照）付近に、前記バックグランド光の中心波長λｃをヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収波長５５０〔ｎｍ〕（図４参照）付近に、それぞれ設定したものである。

上述したようにバックグランド光が得られるように設定したが、これに限らず、例えば前記特殊光透過フィルタ１３は、励起光については上述同様に設定し、かつ、前記バックグランド光の中心波長λｂをヘモグロビン（Ｈｂ）の吸収波長５５０〔ｎｍ〕（図４参照）付近に、前記バックグランド光の中心波長λｃを酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）の吸収波長５７０〔ｎｍ〕（図４参照）付近に、それぞれ設定するようにしてもよい。なお、酸化ヘモグロビンは動脈を、ただのヘモグロビンは静脈を表している。

このように設定した特殊光観察システムにおいて、光源装置１ａの特殊光透過フィルター１３ａを通過して光は、例えば５−ＡＬＡのピーク波長λａである４１０〔ｎｍ〕でピーク値を示す励起光と、酸化ヘモグロビンの吸収波長５２０〔ｎｍ〕に合致する中心波長λａでピークを示すバックグランド光と、ヘモグロビンの吸収波長５５０〔ｎｍ〕に合致する中心波長λｃでピークを示すバックグランド光とを含んでいる。

この光は、集光レンズ１４で集光されてライトガイドコネクタ３３に供給され、ライトガイドケーブル３１、スコープ３の内部のライトガイド３４を介してスコープ３の先端から患部周囲に照射される。

すると、前記スコープ３の先端から被検査対象物２０及びそれの周囲に照射された光は次のような作用を起こさせる。すなわち、前記被検査対象物２０については図５に示すように励起光によって蛍光を発し、また、動脈２２については動脈２２を流れる血液の酸化ヘモグロビン（ＨｂＯ2）の分子吸光係数による作用により、さらに、静脈２４については静脈２４を流れる血液のヘモグロビン（Ｈｂ）の分子吸光係数による作用により、図５に示すように動脈２２及び静脈２４が強調された状態になる。

このような被検査対象物２０、動脈２２及び静脈２４が強調された画像は、レンズ３５、カットオフフィルタ３６を介してＣＣＤ３７に結像される。ここで、前記カットオフフィルター３６は、第１の最良の形態と同様に、励起光の中心周波数（４１０〔ｎｍ〕）から２０〔ｎｍ〕以上の短波長域側に設定されているので、励起光を遮断し、かつ、バックグランド光及び蛍光のみをＣＣＤ３７に到達させる。これにより、ＣＣＤ３７は、図５に示す画像を撮像して前記画像処理装置５に送出する。前記画像処理装置５は、前記図５に示す画像を画像処理してモニタ６に表示させる。

このような本実施例によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することになる。また、癌組織など被検査対象物２０の周囲の血管走行の情報を提供できる効果がある。このため、腫瘍摘出時に、血管への損傷などを最小限に抑えることができる。

図６及び図７は本発明の実施例３に係わり、図６は特殊光観察システムの光源装置の概略構成図、図７は図６の光源装置で使用する光透過フィルタを設けた回転板を示す図である。

実施例３は、実施例２とほとんど同じであるので、異なる点のみ説明し、同一の構成には同じ符号をつけ説明は省略する。

本実施例の特殊光観察システムでは、図６に示すように、前記光源装置１ａは、光源であるキセノンランプ１１と、回転板１２に設けられた光透過フィルタ１８と、集光レンズ１４と、前記回転板１２を回転させる回転板駆動手段１５と、前記回転板駆動手段１５を制御する回転板コントロールユニット１６とを少なくとも備えている。

前記光源装置１ａには、前記ライトガイドケーブル３１の一端に設けられたライトガイドコネクタ３３が着脱可能になっている。前記キセノンランプ１１から出射して光は、例えば光透過フィルタ１８を透過して集光レンズ１４で集光された後、前記ライトガイドコネクタ３３を介してライトガイドケーブル３１に供給できるようになっている。

前記光透過フィルタ１８は、図７に示すように、回転板１２の回転中心から所定の半径の円周上に３つのエリアに別れて設置された構造を備えている。さらに、前記光透過フィルタ１８としては、上記第１の最良の形態のように、複数のピーク波長や、Ｒ（レッド（赤色））、Ｇ（グリーン（緑色））、Ｂ（ブルー（青色））を連続的に出射可能としている。

本実施例の特殊光観察システムは、スコープ（図示せず）に、カラーモザイクフィルタを持たないＣＣＤ、いわゆる白黒ＣＣＤを備えたものである。

このような本実施例の特殊光観察システムは、複数のピーク波長を光源装置１から得られているときには、蛍光観察や動脈、静脈の血管部を写出すことができるとともに、ＲＧＢの連続光で照射するときには通常の観察を行うことができる。

このような本実施例の特殊光観察システムによっても、実施例２と同様な作用効果を奏する。

なお、上記実施例２及び３の特殊光観察システムでは、得られた画像情報を基に、観察の必要に応じて通常光の画像と、蛍光観察や静脈・動脈などの血管観察の画像とをスーパーインポーズできる画像処理装置を設けることができる。すなわち、この画像処理装置には、上記実施例２や、実施例３によって得られた画像情報を蓄積し、これを画像処理してスーパーインポーズ（重ね合わせなど）することができる手段が設けられる。

このようなスーパーインポーズ等の画像処理を画像処理装置で行わせ、その画像処理装置で行った画像処理結果をモニタに表示させると、通常光観察時の画像と、蛍光観察や静脈、動脈の血管部観察時の画像の違いがモニタ上で確実にわかる画像情報を提供することができる。

本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変えない範囲において、種々の変更、改変等が可能である。

本発明の実施例１に係る特殊光観察システムを示すブロック図 図１の特殊光観察システムで用いられるスコープの先端部を患部とともに示す図 図１の特殊光観察システムで用いられる光源装置に設けられた特殊光透過フィルタを透過した光や蛍光の特性とカットオフフィルタの特性を示す図 本発明の実施例２に係る特殊光観察システムを説明するためのものであって、ヘモグロビン及び酸化ヘモグロビンの分子吸光係数と波長との関係を示す特性図 本発明の実施例２に係る特殊光観察システムで観察した患部部分の画像を示す図 本発明の実施例３に係る特殊光観察システムの光源装置の概略構成図 図６の光源装置で使用する光透過フィルタを設けた回転板を示す図

符号の説明

１…光源装置
３…スコープ
５…画像処理装置
７…モニタ
１１…キセノンランプ
１２…回転板
１３…特殊光透過フィルター
１４…集光レンズ
１５…回転板駆動手段
１６…回転板コントロールユニット
１７…可視光透過フィルター
１８…光透過フィルター
３１…ライトガイドケーブル
３２…複合ケーブル
代理人 弁理士 伊藤 進

Claims (4)

1. 蛍光物質を投与して化学変化を起こさせかつ被検査対象物に励起光を照射して蛍光観察を可能とした特殊光観察システムにおいて、
   前記蛍光物質を励起する所定波長のピーク波形の励起光及び前記所定波長のピーク波形の励起光の長波長側に位置する波長の複数のピーク波形のバックグランド光を透過する透過特性と、前記蛍光物質が発する蛍光波長のピーク値から短波長側で所定の波長値以下に第１のカットオフ値とを有し、該第１のカットオフ値以上の波長の光をカットオフする特殊フィルタを備えた光源装置と、
   前記所定波長のピーク波形の励起光より長波長側に所定の波長値以上に設定された第２のカットオフ値を有し、該第２のカットオフ値以下の波長の光をカットオフする第２のカットオフフィルタを備えたスコープと
   を具備したことを特徴とする特殊光観察システム。
2. 前記光源装置の前記特殊フィルタは、前記バックグランド光のピーク値を示す波長を、参加ヘモグロビン及びヘモグロビンの吸収波長に合致させてある
   ことを特徴とする請求項１に記載の特殊光観察システム。
3. 前記スコープは白黒の撮像素子を備え、前記光源装置は赤、緑、青を連続的に照射できる可視光透過フィルタを備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の特殊光観察システム。
4. 通常観察時の画面と、蛍光観察時の画面と、酸化ヘモグロビンを観察した画面とをスーパーインポーズできる画像処理装置を備えた
   ことを特徴とする請求項１に記載の特殊光観察システム。

Images